Dispositif permettant de produire de l’électricité en utilisant comme source d’énergie les rayonnements émis par des radio-éléments.
On utilise la radio-activité naturelle de certains éléments qui émettent, en se désintégrant, des particules très énergétiques, qu’on arrête par un écran pour obtenir de la chaleur ; cette chaleur est ensuite convertie en électricité au moyen de thermocouples, dont le rendement n’est que de 5 p. 100. Il est possible de faire de l’écran la source chaude d’une machine thermique : le rendement peut alors atteindre 30 p. 100.
Le facteur à prendre en considération dans le choix de l’élément est la période de celui-ci. Six éléments peuvent convenir.
Trois ont une période inférieure à une année :
— le polonium 210 : 140 jours ;
— le curium 242 : 162 jours ;
— le cérium 144 : 210 jours ;
Les trois autres ont une période supérieure à vingt-cinq ans :
— le strontium 90 : 28 ans ;
— le césium 137 : 30 ans ;
— le plutonium 238 : 86,4 ans.
Intérêt des générateurs isotopiques
Les générateurs isotopiques constituent des sources idéales pour les emplacements désertiques ou difficilement accessibles, car ils peuvent fournir de l’énergie pendant plusieurs années et n’exigent aucun entretien. Leur inconvénient est leur prix.
Domaine spatial
Dans le monde spatial, les générateurs isotopiques présentent des avantages importants par rapport aux batteries classiques convertissant la lumière du Soleil en électricité. On les utilise notamment dans le cas :
— des satellites qui traversent fréquemment les ceintures de radiations entourant la Terre, lesquelles détériorent les cellules solaires ;
— des sondes spatiales destinées à pénétrer dans des atmosphères opaques telles que celles de la planète Vénus ;
— des engins devant fonctionner sur la Lune pendant de longues périodes d’obscurité. Les astronautes d’« Apollo XVI » ont déposé sur la Lune, le 21 avril 1972, un générateur du type SNAP 27 ; c’était le quatrième, le premier ayant été installé en novembre 1969 par l’équipage d’« Apollo XII ». Ces quatre générateurs fournissent le courant électrique aux nombreux instruments scientifiques laissés par les différents équipages sur la planète. Le générateur SNAP 27 se présente sous la forme d’un cylindre de 45 cm de haut et de 40 cm de diamètre ; il est construit en béryllium, est alimenté au plutonium 238 et pèse environ 18 kg, dont 4 kg de combustible. Une thermopile constituée de 442 éléments thermo-électriques au tellure de plomb convertit cette chaleur (1 480 watts thermiques) en électricité (63,5 W).
Domaine terrestre
En de nombreux endroits isolés, il est très intéressant de pouvoir disposer d’énergie électrique pour alimenter des stations météorologiques, des phares de navigation, des équipements de télécommunication et d’autres installations spéciales. C’est ainsi que « Marguerite II », le premier générateur isotopique français, est en service depuis la fin de février 1968 ; il sert à l’alimentation d’une balise marine immergée au large de Cassis. La source d’énergie est constituée par 650 Ci de strontium 90. La chaleur est convertie en électricité par des thermocouples donnant 125 mW sous 0,5 V de tension. Le poids total de la balise, qui a une forme cylindrique, est de 450 kg.
Un autre générateur isotopique d’une puissance d’une quinzaine de watts, conçu pour les applications sous-marines pétrolières, a été immergé à une centaine de mètres de profondeur, à 20 km environ au large du bassin d’Arcachon.
Les générateurs isotopiques sont d’un fonctionnement sûr et d’une durée de service longue ; ils ne comportent aucune partie mobile et demandent peu d’entretien.
Applications médicales
Une source d’énergie destinée à être implantée dans un organisme humain et à y séjourner longtemps doit présenter des caractéristiques spéciales. Il est essentiel que le plutonium 238 utilisé soit pur. Pour mettre au point l’appareil, il faut construire un couple thermo-électrique offrant un bon rendement.
Au début de l’année 1970, un stimulateur cardiaque (50 mm de long et 13 mm de diamètre) au plutonium 238 (20 mg) a été implanté sur un chien à l’université de Glasgow ; auparavant, d’autres implantations de « pacemakers » atomiques avaient été réalisées aux États-Unis en 1969, puis en France. En avril 1970, un stimulateur cardiaque alimenté à l’aide d’un générateur isotopique a, pour la première fois, été implanté sur un malade à l’hôpital Broussais, à Paris. L’appareil (65 mm de diamètre et 28 mm d’épaisseur), contenant 150 mg de plutonium 238 (75 mW), pèse environ 200 g. Le débit de dose au contact est inférieur à 2mRh–1.
